太阳能热水器控制系统设计

西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 文 论文题目 论文题目 太阳能热水器控制器设计太阳能热水器控制器设计 所属学院 所属学院 电子工程学院电子工程学院 指导老师 指导老师 杨思俊杨思俊 职职 称 讲师称 讲师 学生姓名 学生姓名 王游王游 班级 学号班级 学号 专专 业 业 太阳能光热技术与应用太阳能光热技术与应用 西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院制 年 月 日 西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 题目 题目 太阳能热水器控制器设计太阳能热水器控制器设计 任务与要求 任务与要求 时间 时间 2017 年 11 月 20 日 至 2018 年 1 月 20 日 共 8 周 所属学院 所属学院 电子工程学院电子工程学院 学生姓名 学生姓名 王游王游 学学 号号 专业 专业 太阳能光热技术与应用太阳能光热技术与应用 指导单位或教研室 指导单位或教研室 指导教师 指导教师 杨思俊杨思俊 职职 称 讲师称 讲师 西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院制 年 月 日 毕业设计毕业设计 论文论文 进度计划表进度计划表 日日 期期工工 作作 内内 容容执执 行行 情情 况况 指导教师指导教师 签签 字字 2017 11 20 XXXX XX XX 教师对进度计教师对进度计 划实施情况评划实施情况评 价价 指导教师签名 指导教师签名 年年 月月 日日 本表作评定学生平时成绩的依据之一 太阳能热水器控制系统设计 摘要 现在城市居民绝大部分都使用太阳能热水器 农村也有相当一部分人使用 太阳能热水器在技术上比较成熟 造价比较低廉 同时由于给人民提供绝对安 全的热水而受到人们的欢迎 且具有节能 环保 安全 便利 长久等优点 所以它的应用也会越来越广 因此 研究和开发先进的太阳能热水器控制系统 越来越重要 该设计以单片机 SST89E516RD 为核心 结合单线数字温度传感器 DS18B20 LCD1602 液晶屏与蜂鸣器 设计一种数字化 智能化的太阳能热水器 控制系统 该系统由主控芯片模块 DS18B20 温度检测模块 LCD1602 温度和水 位显示模块 自动加水模块和水温超标警报模块组成 给出了各个模块的结构 及其工作原理 系统硬件原理图 程序流程图和部分源程序 并结合理论设计 进行仿真模拟测试 我们都知道 目前市面上大多数太阳能热水器都没有加水 只能中断装置 并且只能在晴天使用 而阴天则无法加热 此系统将水温水位 检测模块 水温水位显示模块与报警模块结合 LCD1602 屏幕上会显示水位和 温度 并且在水位低于设置值时可人控开启加水开关开始加水 LCD1602 上显 示水位变化情况 当水位到达标准水位时自动中断 当通电对水加热时 LCD1602 屏幕上动态显示温度 当温度到达设定的标准温度时 触发警报系统 提示人关闭加热装置 此系统解除了太阳能热水器加水时无人守候造成水资源 浪费和只能在晴天使用的问题 解决了人们常遇到的实际问题 该系统与传统 的机械式控制系统相比较 具有结构简单 抗干扰能力强 使用方便等特点 关键词 关键词 单片机 SST89E516RD 温度传感器 DS18B20 LCD1602 液晶 警报 Abstract Now the vast majority of urban residents have used solar water heater rural also has quite a few people use solar energy water heater in the relatively mature technology low cost comparison at the same time due to the people s provide absolute safety of hot water and get the welcome of people and energy saving environmental protection safety convenience and the advantages of long so it will be more and more widely used therefore research and development of advanced solar water heater control system more and more important This topic research the programmable controller PLC in the application of solar energy water heater control system focuses on the system s hardware and software design process points out the key of design of PLC is can satisfy the basic control function consider the convenience of maintenance and system scalability etc this paper identified the system of each working procedure to draw the process flow diagram of the system and has carried on the solar water heater automatic control system of PLC I O allocation and selection to write the PLC program ladder diagram draw out of the control system of electrical schematic diagram and the wiring diagram implements the automatic water drainage automatic cycle automatic heating PID closed loop control constant temperature water manual and automatic mode switches etc Function Through the PLC to control the solar water heater system renovation greatly reduces the system to other components have to use make the system wiring is simple convenient maintenance improve reliability increased system was advanced The paper is divided into four chapters chapter one introduces the development background and design significance of solar water heater The second chapter introduces the working principle of solar water heater The third chapter introduces hardware selection and control system Chapter iv overall design of solar water heater Key words Solar energy The water heater Control system PLC 目目录录 1 绪论 6 1 1 本课题研究得背景 6 1 2 国内外研究现状 7 1 2 1国内研究现状 7 1 2 2国外研究现状 8 1 3 太阳能热水器控制器的应用 9 1 4 本课题研究内容 9 2 太阳能热水器构造和工作原理 10 2 1 太阳能热水器的基本构造 10 2 2 太阳能热水器的工作原理 11 3 太阳能热水器硬件选型及控制系统 12 3 1 可编程控制器 PLC 简介 12 3 2 可编程控制器 PLC 工作原理 12 3 3 硬件设备的选型 13 3 3 1 PLC的选型 13 3 3 2其他硬件选型 14 4 能热水器的整体设计 15 4 1 PID 闭环控制 15 4 2 系统电路的设计 16 4 3 设计 PLC 控制原理 梯形图程序 18 结束语 29 参考文献 30 1 绪论绪论 1 1 本课题研究得背景本课题研究得背景 太阳能 Solar Energy 一般是指太阳光得辐射能量 太阳能是一种可 再生能源 广义上的太阳能是地球上许多能量的来源 如风能 生物质能 潮 汐能 水的势能等 太阳能以其源源不断 安全等显著优势 成为关注的重点 如今在太阳能产业的发展中 太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟 的 其产业化进程也较光伏电池 太阳能发电等产业领先一步 当今世界能源问题已经成为一个普遍性的问题 能源关乎着国家的安全 谁掌握了世界上的能源谁就掌握了国际事务的话语权 谁就有了国家经济发展 的基础 谁就有了同其他国家相抗衡的资本 但是传统能源已经被消耗殆尽 为了国家未来的发展 世界各国都在开发新能源 太阳能作为一种既清洁又取 之不尽的资源已得到了越来越多的应用 众所周知 太阳能是取之不尽 用之 不竭 没有污染的巨大能源 随着世界上煤 石油 天然气储量的日益减少 能源危机也日益严重 与此同时环境污染的危机也不断的威胁着生态平衡 太 阳能开发利用的课题也提到了人类的面前 有人预测 二十一世纪太阳能将由 辅助能源上升为主要源 1 但由于太阳能的分散性 季节性和地区性又给太阳 能利用带来重重困难 有些技术难点尚未突破 产品造价偏高 如光电池 因 而尚未被人们大规模的使用 图 1 1 太阳能热水器 太阳能热水器是技术上比较成熟 造价比较低廉 同时由于给人民提供绝 对安全的热水而受到人们的欢迎 且具有节能 环保 安全 便利 长久等优 点 因此它的应用会越来越广 尤其在农村地区具有很大的现实意义 中国四 分之三的人口居住在农村 目前仍有约 2 万个村庄 800 多万个农户 3000 多 万人口没有电力供应 而农村 60 左右的村民仍然依靠燃料秸秆 薪柴为主做 饭和烧水 它不仅造成空气污染 而且还严重破坏植被 威胁生态环境 随着 化石能源的逐步枯竭 煤炭 石油和电力一直涨价 且能源供应日趋紧张 太 阳能无污染 无运输 无垄断 取之不尽 用之不竭 是最有发展前途的可 再生能源 在社会主义新农村建设中大力推广应用太阳能 不仅能够解决农村 的基本能源消费问题 促进可再生能源的高效利用 实现农村生产发展 生活 宽裕的双重目标 还有利于乡风文明和村容整洁 促进社会主义精神文明发展 2 1 2 国内外研究现状国内外研究现状 1 2 1 国内研究现状国内研究现状 我国太阳能热水器产业发展迅速 目前已经成为世界上最大太阳能热水器 生产国 但与太阳能配套的控制器却一直处于研究和开发阶段 尤其是与太阳 能热水器系统匹配的控制器 至今尚未检索到相关报道 近几年来 市场上陆 续出现了一些太阳能热水器控制器 但大多数控制器存在着诸如性能不稳定 容易产生误操作 温度 水位检测 控制误差大 显示器有时出现乱码 与电 辅助加热装置不能很好配合 太阳能利用率较低等问题 影响了用户的使用 更有甚者 有些控制器质量较差 经常发生故障 给用户带来诸多不便 严重 影响了用户的使用 从而影响到太阳能热水器的销售 太阳能热水器 尤其时 太阳能热水器系统及其控制器有着广阔的发展前景 但现有的技术和产品开发 投入较少 因此 在太阳能热水器 太阳能热水系统的测量控制方面 应引起 足够重视 加大投入一定力量研究开发高质量 性能好的测控产品 3 1 2 2 国外研究现状国外研究现状 太阳能热水器时利用太阳能辐射能热水的装置 世界第一台热水器时美国 马里兰州的肯普于 1891 年发明的 到第二次世界大战结束 人们创造出了各式 各样被称为 闷晒式 的太阳能热水器 第二次世界大战结束后 人们的注意 力又开始转向发展经济 一些缺少常规能源的国家 如日本 开始投入人力物 力开发利用太阳能 经过人们的努力 各种简易的平板太阳集热器在市场上出 现 到 20 世纪 70 年代 随着世界性能源危机日益严重 迫使人们对太阳能的 开发利用又重新重视起来 许多国家花了不少人力物力 用于大力研究开发太 阳能技术 尤其时太阳能热水器 到哦上世纪 70 年代末 太阳能热水器的开发 利用在美国 澳大利亚 日本 德国 以色列等国家得到了很大的发展 在随 后几十年里 平板集热器型太阳能热水器的推广应用在一些国家得到了较快的 发展 1975 年美国欧文斯 伊利洛伊 Owens llinois 公司发明了全玻璃真 空管太阳集热器并推向市场 当时 集热管的选择性吸收涂层的平均阳光吸收 率为 83 但由于采用了高真空技术 使集热器的热损失比普通平板式太阳集 热器降低了两个数量级 从而将太阳能热水器技术大大提高了一步 在随后的 几十年里 全玻璃真空管太阳集热器性能通过完善 提高 并逐步降低成本 因此得到了快速发展 到上世纪 90 年代 这种新型太阳能热水器已经成为推广 应用的主流产品 在全玻璃真空管太阳能热水器的基础上 为进一步提高效率 提高性能 德国研制出热管式真空管太阳能热水器 一些国家研制出了一些高 质量的太阳能热水器专用零部件 另外一些国家为优化设计专门开发了用于太 阳能热水器的应用软件 还有一些国家开发出功能完善 能全天候使用太阳热 水器系统 在西方一些先进国家 太阳能热水器方面的研发和推广一直比较活 跃 4 1 3 太阳能热水器控制器的应用太阳能热水器控制器的应用 在全球煤炭 石油 天然气资源日益枯竭的情况下 能源危机的威胁日益 加剧的时代背景下 寻找低廉 清洁 可持续的新能源己经成了人类发展的首 要问题 太阳能因其清洁 量大 低廉受到人们的青睐 有人预测 21 世纪太 阳能将成为全球的主要能源 5 其意义主要有两方面 l 节省能源 我们现在所消费的能源 主要是煤炭 石油和天然气等化石 燃料 这些常规的化石燃料资源有限 不可再生 而太阳能是人类可以利用的 最丰富的新能源 2 保护环境 减少污染 太阳能是一种绿色能源 不会排放任何污染大气 和其他环境的有害物 是与生态环境相协调的清洁能源 作为运用太阳能的典型 太阳能热水器己走进千家万户 在提供方便的同 时也节省了大量能源 减少了污染 而随着社会生产的发展 科学技术的进步 生活水平的提高 人们早己不再满足于只有使用功能的产品囝 人们在关注产 品保证一定物质功能的同时 越来越注重在使用过程中舒适 高效 安全的操 作 对太阳能热水器的使用方便性 安全性 操作界面的人机友好性提出了更 高的要求 因此 近年来 太阳能热水器控制器行业也蓬勃发展 前景广阔 得到了广泛的应用 6 常见电子式太阳能热水器控制器如图 1 2 所示 具备基本的水位 水量检测 和显示 以及上水和加热等功能 图 1 2 电子式太阳能热水器控制器 1 4 本课题研究内容本课题研究内容 本课题只要利用 PLC 为核心控制系统 实现太阳能热水器系统控制 使其 满足实际各种控制需要 使更多的工作免于人参与 使系统更加稳定可靠 具 体研究如下 1 确定系统各个工序 绘制系统工艺流程图 2 PLC 选型及 I O 分配 3 设计 绘制梯形图 满足各种控制要求 4 绘制电气原理图 外部接线图等 5 依据设计要求调试系统 2 太阳能热水器构造和工作原理 太阳能热水器构造和工作原理 2 1 太阳能热水器的基本构造太阳能热水器的基本构造 太阳能热水器按使用分类 可分为季节性热水器 全年性热水器以及有辅 助热源的全天候太阳能热水器 按集热器原理和结构可分为平板型热水器和真 空管热水器 7 按工质流动方式不同 又可分为闷晒型 循环型和直流型三种 但不管何种类型的太阳能热水器 其基本结构都是一样的 太阳能热水器通常 由集热器 绝热储水箱 连接管道 支架和控制系统组成 如图 2 1 所示 图 2 1 太阳能热水器的基本构造图 1 太阳能集热器 系统中的集热元件 其功能相当于电热水器中的电热管 和电热水器 燃 气热水器不同的是 太阳能集热器利用的是太阳的辐射热量 故而加热时间只 能在太阳照射度达到一定值的时候 目前中国市场上最常见的是全玻璃太阳能 真空集热管 结构分为外管 内管 在内管外壁镀有选择性吸收涂层 平板集 热器的集热面板上镀有黑铬等吸热膜 金属管焊接在集热板上 平板集热器较 真空管集热器成本稍高 近几年平板集热器呈现上升趋势 尤其在高层住宅的 阳台式太阳能热水器方面有独特优势 全玻璃太阳能集热真空管一般为高硼硅 3 3 特硬玻璃制造 选择性吸热膜采用真空溅射选择性镀膜工艺 8 2 绝热贮水箱 太阳能热水器水箱是贮存热水的装置 其结构 容量 保温和材料将直接 影响热水器的性能和运行的质量 贮水箱主要组成部分为水箱内胆 保温层 水箱外壳 密封圈四部分 水箱内胆生产材料的质量 对水箱的耐压 耐温 防渗漏及水质影响很大 目前市场上出售的产品 其水箱内胆主要有 0 6mm 厚 304 2B 不锈钢 它无磁性 抗锈蚀 焊接性好 塑性好 其它的常用材料有钢 板进行防腐处理或搪瓷 镀锌钢板 防锈铝板 塑料或玻璃钢等 水箱的热特 性包括放热特性 加热特性 保温特性 放热特性就是希望水箱内的热水都能 放出来 方便利用 加热特性是大多数水箱内的水是上部先热起来 然后下部 再慢慢热起来 保温特性指水温下降的快慢 与水箱的封密性 保温材料 环 境温度 水容量大小等相关 3 支撑架 太阳能热水器的支撑架主要由反尾座及主撑架组成 4 控制系统 一般家用太阳能热水器需要自动或半自动运行 控制系统是不可少的 常 用的控制器是自动上水 水满断水并显示水温和水位 带电辅助加热的太阳能 热水器还有漏电保护 防干烧等功能 市场上有手机短信控制的智能化太阳能 热水器 具有水位水位查询 故障报警 启动上水 关闭上水 启动电加热等 功能 方便了用户 5 其它部件 热水器的密封圈除具有密封性好 耐高温 寿命长等性能外 还应不溶于 水 否则食用后会对人体有害 质量较好的密封圈材料选用硅橡胶 但市场上 采用普通橡胶或再生橡胶的商家却大有人在 2 2 太阳能热水器的工作原理太阳能热水器的工作原理 太阳能热水器是一种利用太阳辐射能通过温室效应把水加热的装置 温室 效应是指由于对流 反射损失减少使能量聚集 温度逐渐升高的一种自然现象 温室效应又称为热箱原理 它是通过一个上面盖有透明玻璃的封闭箱体来实现 能量聚积的 9 阳光透过玻璃进入箱体内 被黑色表面吸收 而向外反射和对 流的能量受到玻璃和箱体的阻挡 被保留在箱内 这样箱体内的能量不断积聚 温度不断升高 甚至可达 100 200 利用聚积的高温来加热水 就是太阳 能热水器 太阳光穿过吸热管的第一层玻璃照到第二层玻璃的黑色吸热层上 将太阳光能的热量吸收 由于两层玻璃之间是真空隔热的 热量不能向外 传 只能传给玻璃管里面的水 使玻璃管内的水加热 加热的水便轻沿着玻璃 管受热面往上进入保温储水桶 由于太阳能热水器在运行过程中不消耗任何常 规能 源 煤 石油 天然气 电等 所以人们把它形象地称为 不烧煤的锅 炉 10 真空管式家用太阳能热水器是由集热管 储水箱及支架等相关附件组成 把太阳能转换成热能主要依靠集热管 集热管利用热水上浮冷水下沉的原理 使水产生微循环而达到所需热水 11 集热器内的水加热后要与储水箱里面的冷 水实现循环以使储水箱里的水不断的被加热 目前常用的热交换方式主要有三 种 自然循环 强迫循环和定温放水循环 3 太阳能热水器硬件选型及控制系统 太阳能热水器硬件选型及控制系统 3 1 可编程控制器 可编程控制器 PLC 简介 简介 可编程控制器 PragrmmableLogicController 简称 PLC 是一种数字运 算操作的电子系统 是 20 世纪 60 年代末面向工业环境由美国科学家首先研制 成功的 它采用可编程序的存储器 其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定 时 计数和算术运算等操作指令 并通过数字的 模拟的输入和输出 控制各 种类型的机械或生产过程 可编程序控制器及其有关设备 都是按易于与工业 控制系统形成一体 易于扩充其功能的原则设计的 PLC 自产生至今只有 40 多 年的历史 却得到了迅速和广泛的应用 成为当代工业自动化的主要支柱之一 长期以来 PLC 在工业自动化控制中发挥着巨大作用 为各种各样的自动化控 制设备提供了广泛 可靠的控制应用 着主要是源于它能够为自动化控制应用 提供安全可靠和比较完善的解决方案 适合当前自动化工业企业的需要 12 3 2 可编程控制器 可编程控制器 PLC 工作原理 工作原理 PLC 采用循环 巡回 扫描工作方式 而大 中型 PLC 还增加了中断工作 方式 17 循环扫描即可按固定顺序 也可按用户程序所规定一级顺序 高级 和低级顺序 或可变顺序等进行 因为有的用户程序不需要每扫描一次执行一次 也为的是在控制系统需要 处理的 I O 点数较多时 通过不同的模块组合的安排 采用分时分批扫描执行 的办法 可缩短循环扫描周期和控制的实时性 用户将用户程序设计 调试后 用编程器键入 PLC 的存储器中 并将现场的输入信号和被驱动的执行元件相应 地接在输入模板的输入端和输出模板的输出端上 然后用 PLC 的控制开关使其 处于运行工作方式 PLC 就以循环扫描的工作方式进行工作 在输入信号 用 户程序的控制上 产生相应的输出信号 完成预期的控制任务 PLC 的典型的 循环顺序扫描土作过程如图 3 1 所示 从图 3 1 中可以看出 一个典型的可编 程序控制器在一个扫描周期中要完成六个扫描过程 13 在系统软件的指挥下 的程序流程顺序地执行 这种工作方式成为顺序扫描方式 从扫描过程中的某 个扫描过程开始 顺序扫描后又回到该过程成为一个扫描周期 进行一个扫描 周期所需的时间称为一个扫描周期时间 图 3 1 PLC 工作原理图 3 3 硬件设备的选型硬件设备的选型 3 3 1 PLC 的选型的选型 在本设计中需要用到三个温度传感器和一个液位传感器 由于这四个量是 模拟量 而 PLC 只能处理数字量 因此在 PLC 和传感器之间必须加入特殊功能 模块 将模拟量转换成数字量再用 PLC 进行处理 PLC 运算后输出的数字量再 经过特殊功能模块转换成模拟量进行控制 同时又为了最后仿真的需要 相关 的性能要求及 PID 运算指令的使用 决定使用德国西门子 S7 系列 PLC 中的西门 子 S7 200 SIMATIC S7 200PLC 是超小型化的 PLC 它适用于各行各业 各种 场合中的自动检测 监测及控制等 S7 200 PLC 的强大功能使其无论单机运行 或连成网络都能实现复杂的控制功能 13 3 3 2 其他硬件选型其他硬件选型 1 模拟量模块 在本设计中 有三个温度模拟量输入 有一个三通调节阀开度模拟量输出 共计有三个模拟量输入 一个模拟量输出 为了系统的安全及扩展的需要 要 有一些备用的模拟量输入输出通道 所以 综合各方面的因素决定选用 EM235 四输入一输出模拟量模块 2 温度传感器 本设计选用电流输出型传感器 因为 PLC 控制器有可能距离传感器的位置 较远 而电流输出具有恒流源的性质 恒流源的内阻很大 PLC 的模拟量输入 模块输入电流时 输入阻抗较低 线路上的干扰信号在模块的输入阻抗上产生 的干扰电压很低 所以模拟电流信号适于远程传送 又由于为了与 EM235 模拟 量模块相配套 所以温度传感器应选用 PT100 铂热电阻温度传感器 PT100 铂 温度传感器能够将检测到的模拟量信号转换成相应标准电流信号输出 3 三通调节阀 为了达到恒温出水功能 我们将采用 PID 控制以达到对水温的精确自动控 制 这就需要可以控制冷热水开度的电动三通调节阀 电动三通温控阀是流量 调节阀在温度控制领域的典型应用 其基本原理 通过控制各支路热 冷 媒 入口流量的比例 以达到控制出口温度的目的 当负荷产生变化时 通过改变 阀门开启度调节流量 以消除负荷波动造成的影响 使温度恢复至设定值 因 此 在出水口我们配套选用了西门子公司生产的 SKB62 电动三通调节阀 4 其他硬件的选择 其它的材料主要有太阳能热水器集热器的支架 集热管的管材 管径 管 道的保温材料 液位限位开关 电磁阀 循环泵 电加热器等的选择 可以根 据相关的规定和相关的计算来选择 在本文中就不再具体介绍了 4 能热水器的整体设计 能热水器的整体设计 4 1 PID 闭环控制闭环控制 太阳能本身是一个不断变化 而影响其变化的因素又较多 极其复杂的非 线性变量 太阳热水系统工程是一个非线性系统 很难建立精确的数学模型 因此采用传统的控制方法难以得到较佳的控制效果 而模糊控制是以模糊数学 为基础发展起来的一种新的控制方法 14 这种控制方法是一种智能的 非线性 的控制方法 对那些无法取得数学模型或数学模型相当粗糙的系统可以取得较 满意的控制效果 解决一些用传统控制方法无法解决的问题 太阳能热水器控 制器采用 PID 控制算法 这种算法对固定参数的线性定常系统是非常有效的 通过调整 PID 控制器的参数 一般都能得到比较满意的控制效果 1 PID 计算公式 PID 比例 proportion 积分 integration 微分 differentiation 控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史 现在 仍然是应用最广泛的工业控制器 15 PID 控制器简单易懂 使用中不需精确的 系统模型等先决条件 因而成为应用最为广泛的控制器 PID 控制器由比例单 元 P 积分单元 I 和微分单元 D 组成 其输入 e t 与输出 u t 的关系 为 3 1 e 2 实现 PID 控制方法 使用 PID 过程控制模块 过程控制模块包括 A D 转换器和 D A 转换器 PID 控制程序是 PLC 生产厂 家设计的 并存放在模块中 用户在使用时只需设置一些参数 使用起来非常 方便 一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路 但是这种模块价格较高 一般在大型控制中使用 使用 PID 指令 现在有很多 PLC 都有供 PID 控制用的指令 例如 S7 200 的 PID 指令 它们 实际上是用于 PID 控制的子程序 与模拟量输入 输出模块一起使用 可以得到 类似于使用 PID 过程控制模块的效果 但是价格便宜的多 用自编程序实现 PID 闭环控制 有的 PLC 没有 PID 过程控制模块和 PID 控制用的功能指令 有时虽然可以 使用 PID 控制指令 但是希望采用其他改进的 PID 控制算法 在上述情况下 都需要用户自己编制 PID 控制程序 变频器的闭环控制 变频器内部一般都有一个 PI 控制器 PID 控制器 对于恒压供水这一类闭环 控制系统 可以将反馈信号接到变频器的反馈信号输入端 使变频器内部的控 制器实现闭环控制 PLC 可以通过通信或开关量信号给变频器提供频率给定信 号和启动 停止命令 如果将反馈信号送给 PLC 的模拟量输入模块 用 PLC 实 PID 闭环控制 用 D A 转换器输出的模拟信号作为变频器的频率给定信号 需要增加 PLC 的模拟 量输入模块和模拟量输出模块 将会增加硬件成本 3 本设计的 PID 控制 本设计中在恒温出水部分需要用到 PID 控制 通过温度传感器的测量值与 设定值的不断比较 使出水温度稳定在设定值上 以达到恒温出水的目的 本 设计的 PID 闭环控制系统框图如图 3 2 示 图 4 1 系统恒温出水部分 PID 控制框图 图中所示 被控量 C t 首先被测量元件转换为标准量程的电流信号或电压 信号 pv t 模拟量输入模块的 A D 转换器将它转换为数字量 pv n 模拟量输 出模块的 D A 转换器将 PID 控制器输出的数字量 mv n 转换成模拟电压或模拟 电流 mv t 再去控制执行机构 在这里虚线框中的部分是由 PLC 实现的 执行 机构是三通调节阀 被控对象是储水箱出水温度 测量元件是温度传感器 4 2 系统电路的设计系统电路的设计 1 主电路的设计 1 接触器 KM1 和 KM2 分别控制电机的正转和反转 2 电动机有热继电器实现过载保护 3 选择自动开关 Q 为总电源的开关 即可完成主回路的短路保护 又起到 隔离三相交流电源的作用 使使用和维护更加方便 4 由 FU1 FU2 FU3 FU4 FU5 FU6 分别实现个负载的短路保护作用 FU7 FU8 完成 PLC 控制回路的短路保护 根据上述原则绘制出电气控制主电气图 如图 4 2 所示 图 4 2 电气控制主电路图 2 PLC 控制电路的设计 根据系统要求 系统的总体设计及系统选取的元器件 设计出系统的控制 原理图及 PLC 外部接线图 如图 4 3 所示太阳能热水器系统 PLC I O 控制原理 电路图 图 4 3 太阳能热水器系统 PLC I O 控制原理电路